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JP2005348512A - Dynamo-electric machine - Google Patents

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JP2005348512A JP2004164820A JP2004164820A JP2005348512A JP 2005348512 A JP2005348512 A JP 2005348512A JP 2004164820 A JP2004164820 A JP 2004164820A JP 2004164820 A JP2004164820 A JP 2004164820A JP 2005348512 A JP2005348512 A JP 2005348512A
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一正 井出
Tetsuro Fujigaki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dynamo-electric machine which can be cooled without being provided with a separate cooler even in case that the heating density is high, by making its physical constitution small. <P>SOLUTION: The dynamo-electric machine 1 is equipped with two stator cores 10 where coils 13 are wound concentratedly on teeth parts 12 which are made in plural numbers to project inward from a circular yoke 11, and a rotor 20 which is arranged to pass inside the two stators 10 and rotates to the stator core 10 by the magnetic fields generated by the teeth parts 12. Then, the rotor 20 is provided with a radial fan 22 for cooling the coil end part 13a of the coil 13. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、回転電機、特に風力発電用の回転電機に関するものである。   The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a rotating electrical machine for wind power generation.

近年、風力発電による発電システムの導入量が飛躍的に増加しており、これに伴って発電システムの大容量化、すなわち発電機(回転電機)による発電量の増大化の要求が高まっている。そして、このような大容量化を行うためには、風の力で回転する羽根を大きくして発電機の軸に加わる回転トルクを大きくすることで、この大きくなった回転トルクを発電機で大きな電気エネルギに効率良く変換する必要があった。   In recent years, the amount of power generation systems introduced by wind power generation has increased dramatically. Along with this, there is an increasing demand for an increase in the capacity of the power generation system, that is, an increase in the amount of power generated by a generator (rotary electric machine). In order to achieve such a large capacity, the rotating torque applied to the generator shaft is increased by enlarging the blades rotating by the force of the wind, so that the increased rotational torque is increased by the generator. There was a need to efficiently convert to electrical energy.

ところで、前記した大きな回転トルクから大きな電気エネルギへの変換を一つの発電機で行おうとすると、例えばその効率を99%と高く設定し、その損失を1%程度に抑えたとしても、入力される回転トルク自体が大きくなっていることにより、その損失(発熱量)の絶対値は従来の小容量の発電機よりも大きくなってしまうといった問題があった。そのため、発電機の体格を小さくすると、その発熱密度が高くなるため、別途冷却装置を設ける必要があり、また、発熱密度を従来の小容量の発電機と同程度にするために、発電機の体格を大きくすると、その重量が増加するといった問題があった。特に、重量が増加した場合は、風力発電の特性上、発電機が地上約100m程度のタワー上部に設置されることから、重量物を100mの高所に吊り上げる作業が必要となり、建設コストが増加していた。   By the way, if the conversion from the large rotational torque to the large electric energy is performed by one generator, even if the efficiency is set as high as 99% and the loss is suppressed to about 1%, it is inputted. Since the rotational torque itself is increased, the absolute value of the loss (heat generation amount) is larger than that of a conventional small-capacity generator. Therefore, if the size of the generator is reduced, its heat generation density increases, so it is necessary to provide a separate cooling device, and in order to make the heat generation density comparable to that of a conventional small capacity generator, When the physique was enlarged, there was a problem that the weight increased. In particular, when the weight increases, the generator is installed at the top of the tower about 100m above the ground due to the characteristics of wind power generation, so it is necessary to lift heavy objects to a height of 100m, which increases construction costs. Was.

前記のような問題の改善策として、従来、小容量の発電機をその軸方向に複数並べて接続させる技術が知られている(特許文献1,2参照)。この技術によれば、発電機の発熱密度を高くせずに、かつ、重量の増加を抑えることが可能となっている。   Conventionally, a technique for connecting a plurality of small-capacity generators arranged in the axial direction is known as an improvement measure for the above problems (see Patent Documents 1 and 2). According to this technique, it is possible to suppress an increase in weight without increasing the heat generation density of the generator.

特開2001−186740号公報JP 2001-186740 A 特開平10−318120号公報JP-A-10-318120

しかしながら、従来の技術では、複数の発電機を軸方向に接続させるので、軸方向において大型化するという問題があった。   However, the conventional technique has a problem of increasing the size in the axial direction because a plurality of generators are connected in the axial direction.

そこで、本発明では、回転電機の体格を小さくすることで、その発熱密度が高くなった場合であっても、別途冷却装置を設けることなく冷却することができる回転電機を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can be cooled without providing a separate cooling device even when the heat generation density is increased by reducing the size of the rotating electrical machine. To do.

前記課題を解決する本発明は、環状のヨーク部から内側へ突出するように複数形成されるティース部にコイルを集中巻きした固定子鉄心を複数備えるとともに、前記複数の固定子鉄心内を通るように配置され、かつ、前記ティース部から発生する磁界によって前記固定子鉄心に対して回転する回転子を備えた回転電機であって、前記回転子に、前記コイルのコイルエンド部を冷却するためのファンを設けたことを特徴とする。この発明によれば、回転子と一緒に回転するファンによって、コイルのコイルエンド部が冷却される。   The present invention for solving the above-described problems includes a plurality of stator cores in which coils are concentratedly wound around a plurality of teeth portions formed so as to protrude inward from an annular yoke portion, and pass through the plurality of stator cores. A rotating electrical machine including a rotor that rotates with respect to the stator core by a magnetic field generated from the teeth portion, and for cooling the coil end portion of the coil to the rotor. A fan is provided. According to the present invention, the coil end portion of the coil is cooled by the fan that rotates together with the rotor.

本発明によれば、回転子と一緒に回転するファンによってコイルのコイルエンド部が冷却されるので、回転電機の体格を小さくすることで、その発熱密度が高くなった場合であっても、別途冷却装置を設けることなく回転電機を冷却することができる。   According to the present invention, since the coil end portion of the coil is cooled by the fan that rotates together with the rotor, even if the heat generation density is increased by reducing the size of the rotating electrical machine, The rotating electrical machine can be cooled without providing a cooling device.

〔第1の実施形態〕
次に、本発明の第1の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は第1の実施形態に係る回転電機を示す斜視図、図2は回転電機を側方から見た状態を示す側面図、図3は回転電機を正面から見た状態を示す正面図である。
[First Embodiment]
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a perspective view showing the rotating electrical machine according to the first embodiment, FIG. 2 is a side view showing the state of the rotating electrical machine viewed from the side, and FIG. FIG.

図1および図2に示すように、回転電機1は、二つの固定子鉄心10と、これらの固定子鉄心10内を通るように配置される回転子20とで主に構成されている。なお、本実施形態では、固定子鉄心10の十二個のスロット(溝)に収容された後記するコイル13に適宜電流を流すことによって8極の磁極が電気的に形成される、いわゆる8極12スロット回転電機について説明するが、本発明はこれに限定されず、どのような回転電機であってもよい。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotating electrical machine 1 is mainly configured by two stator cores 10 and a rotor 20 disposed so as to pass through these stator cores 10. In the present embodiment, an 8-pole magnetic pole is electrically formed by appropriately applying a current to a coil 13 (described later) housed in 12 slots (grooves) of the stator core 10. Although a 12-slot rotary electric machine will be described, the present invention is not limited to this, and any rotary electric machine may be used.

固定子鉄心10は、円環状のヨーク部11と、このヨーク部11の内周面から内側へ突出するように形成される十二本(複数)のティース部12とで主に構成されている。そして、各ティース部12にはコイル13が集中的に巻かれており、このように集中巻きされた各コイル13に所定の電流(U相、V相、W相の交流電流)を適宜流すことによって各ティース部12から所定の磁界(8極の磁界;四つのN極と四つのS極)が発生するようになっている。   The stator core 10 is mainly composed of an annular yoke portion 11 and twelve (plural) teeth portions 12 formed so as to protrude inward from the inner peripheral surface of the yoke portion 11. . A coil 13 is intensively wound around each tooth portion 12, and a predetermined current (U-phase, V-phase, W-phase AC current) is appropriately passed through each of the concentrated coils 13. Thus, a predetermined magnetic field (eight magnetic field; four N poles and four S poles) is generated from each tooth portion 12.

具体的には、最上方に位置するコイル13から時計回りの方向へ順に第一コイル13A、第二コイル13B、・・・、第十二コイル13M(図3参照)と呼ぶこととすると、第一コイル13A、第四コイル13D、第七コイル13G、第十コイル13Jに、U相の交流電流が供給され、第二コイル13B、第五コイル13E、第八コイル13H、第十一コイル13Lに、V相の交流電流が供給され、第三コイル13C、第六コイル13F、第九コイル13I、第十二コイル13Mに、W相の交流電流が供給されるようになっている。すなわち、最上方の第一コイル13Aから時計回りの方向へ順に、U相、V相、W相、U相、V相、W相、U相、・・・の交流電流が供給されるようになっている。なお、以下の説明では、便宜上、各コイル13A〜13Mに対応する各ティース部12を、第一ティース部12A、第二ティース部12B、・・・、第十二ティース部12Mとも呼ぶこととする。   Specifically, if the first coil 13A, the second coil 13B,..., And the twelfth coil 13M (see FIG. 3) are sequentially called from the coil 13 positioned at the top in the clockwise direction, A U-phase alternating current is supplied to the first coil 13A, the fourth coil 13D, the seventh coil 13G, and the tenth coil 13J, and the second coil 13B, the fifth coil 13E, the eighth coil 13H, and the eleventh coil 13L. A V-phase alternating current is supplied, and a W-phase alternating current is supplied to the third coil 13C, the sixth coil 13F, the ninth coil 13I, and the twelfth coil 13M. That is, an alternating current of U phase, V phase, W phase, U phase, V phase, W phase, U phase,... Is supplied in order from the uppermost first coil 13A in the clockwise direction. It has become. In the following description, for convenience, each tooth portion 12 corresponding to each of the coils 13A to 13M is also referred to as a first tooth portion 12A, a second tooth portion 12B, ..., and a twelfth tooth portion 12M. .

また、二つの固定子鉄心10は、図3に示すように、それぞれ一方の固定子鉄心10(以下、「第一固定子10A」ともいう)に対して他方の固定子鉄心10(以下、「第二固定子10B」ともいう)が所定の位相差(位相角α)だけずれるように配設されている。ここで、位相角αとは、第一固定子10Aと第二固定子10Bとの中心や各ティース部12を合わせた状態から例えば第二固定子10Bを所定量だけ回動させたときの、各ティース部12(図では第一ティース部12A)同士のなす角をいう。   In addition, as shown in FIG. 3, the two stator cores 10 each have one stator core 10 (hereinafter also referred to as “first stator 10 </ b> A”) and the other stator core 10 (hereinafter, “ The second stator 10B ”is also arranged so as to be shifted by a predetermined phase difference (phase angle α). Here, the phase angle α is, for example, when the second stator 10B is rotated by a predetermined amount from the state where the centers of the first stator 10A and the second stator 10B and the teeth portions 12 are combined. The angle which each teeth part 12 (1st teeth part 12A in the figure) makes is said.

すなわち、第一固定子10Aにおける第一ティース部12Aの中央部を通り、かつ、第一固定子10Aの中心を通る補助線31と、第二固定子10Bにおける第一ティース部12Aの中央部を通り、かつ、第二固定子10Bの中心を通る補助線32とのなす角を、位相角αという。なお、補助線31,32は、実際には交差していないが、図3に示すように、各固定子鉄心10の軸方向に直交する平面へ各補助線31,32を投影させることにより、各補助線31,32を交差させて、位相角αを導出している。   That is, the auxiliary line 31 that passes through the center of the first teeth portion 12A in the first stator 10A and passes through the center of the first stator 10A and the center portion of the first teeth portion 12A in the second stator 10B. The angle formed by the auxiliary line 32 that passes through and passes through the center of the second stator 10B is referred to as a phase angle α. In addition, although the auxiliary lines 31 and 32 do not actually intersect, as shown in FIG. 3, by projecting the auxiliary lines 31 and 32 onto a plane orthogonal to the axial direction of each stator core 10, The phase angle α is derived by intersecting the auxiliary lines 31 and 32.

そして、本実施形態における位相角αは、実際の角度である機械角で7.5°(度)、電気角で30°となっている。なお、電気角とは、同名極間の空間を360°として表現するものをいい、具体的には、以下に示す式によって表現される。
電気角(°) = 機械角(°) × 極数 ÷ 2
ここで、極数とは、磁極(N極およびS極)の数をいう。すなわち、この式に、前記した機械角(7.5°)と極数(8極)を代入することによって、電気角(30°)が算出されることとなる。
The phase angle α in the present embodiment is 7.5 ° (degrees) as an actual mechanical angle and 30 ° as an electrical angle. The electrical angle refers to what expresses the space between the poles of the same name as 360 °, and is specifically expressed by the following formula.
Electrical angle (°) = Mechanical angle (°) × Number of poles ÷ 2
Here, the number of poles refers to the number of magnetic poles (N pole and S pole). In other words, the electrical angle (30 °) is calculated by substituting the mechanical angle (7.5 °) and the number of poles (8 poles) into this equation.

なお、前記した電気角と、コギングトルク(固定子鉄心10と回転子20の間に発生する磁気吸引力に基づくトルクの回転角に対する変化、いわゆるトルクムラ)との関係は、図4に示すような関係となっている。参照する図面において、図4は、横軸に電気角、縦軸にコギングトルクを表わすグラフであり、電気角が0°のときのコギングトルクを100%として規格化したものである。   The relationship between the electrical angle and the cogging torque (change in torque based on the magnetic attractive force generated between the stator core 10 and the rotor 20 with respect to the rotation angle, so-called torque unevenness) is as shown in FIG. It has become a relationship. In the drawings to be referred to, FIG. 4 is a graph in which the horizontal axis represents the electrical angle and the vertical axis represents the cogging torque, and is normalized with the cogging torque when the electrical angle is 0 ° being 100%.

図4に示すように、電気角とコギングトルクとの関係は、電気角が30°に近づくにつれて、コギングトルクが軽減されるような関係となっている。そして、電気角が30°になったときには、コギングトルクが0%となるため、コギングトルクを完全に無くすことができるようになっている。なお、電気角は、30°に限らず、いくつであってもよく、例えば10°〜30°の範囲内で設定するのが望ましい。   As shown in FIG. 4, the relationship between the electrical angle and the cogging torque is such that the cogging torque is reduced as the electrical angle approaches 30 °. When the electrical angle reaches 30 °, the cogging torque becomes 0%, so that the cogging torque can be completely eliminated. Note that the electrical angle is not limited to 30 °, and may be any number. For example, the electrical angle is preferably set within a range of 10 ° to 30 °.

図1および図2に示すように、回転子20は、各ティース部12から発生する磁界によって固定子鉄心10に対して回転するものであり、その両端部が図示せぬベアリングによって回転自在に支持されている。そして、この回転子20は、8極の磁極(四つのN極、四つのS極)をその外周面に有する円柱状の永久磁石である二つの磁石部21と、これらの磁石部21の間に設けられるラジアルファン22とで主に構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotor 20 is rotated with respect to the stator core 10 by a magnetic field generated from each tooth portion 12, and both ends thereof are rotatably supported by bearings (not shown). Has been. The rotor 20 includes two magnet portions 21, which are cylindrical permanent magnets having eight magnetic poles (four N poles and four S poles) on the outer peripheral surface thereof, and between these magnet portions 21. And a radial fan 22 provided in the main body.

二つの磁石部21は、それぞれ同じ位相角で配設されている。そして、これらの磁石部21は、図2に示すような側面視において(回転子20の径方向から見て)、それぞれ第一固定子10Aおよび第二固定子10Bと重なるように配設されている。すなわち、磁石部21の周囲には、第一固定子10Aおよび第二固定子10Bの各ティース部12が取り囲むように配設されるようになっている。   The two magnet parts 21 are disposed at the same phase angle. And these magnet parts 21 are arrange | positioned so that it may overlap with the 1st stator 10A and the 2nd stator 10B, respectively in the side view as shown in FIG. 2 (viewing from the radial direction of the rotor 20). Yes. That is, the teeth portion 12 of the first stator 10A and the second stator 10B is disposed around the magnet portion 21 so as to surround it.

ラジアルファン22は、径方向外側に向けて風を送り出すファンであり、側面視において、第一固定子10Aおよび第二固定子10Bのコイル13のコイルエンド部13aに重なるように設けられている。ここで、コイルエンド部13aとは、コイル13のうち固定子鉄心10から外側に飛び出す部分をいい、通電により特に発熱する部分をいう。したがって、図2において点線で囲っていない反対側の部分も、コイルエンド部という。   The radial fan 22 is a fan that sends air toward the radially outer side, and is provided so as to overlap the coil end portions 13a of the coils 13 of the first stator 10A and the second stator 10B in a side view. Here, the coil end portion 13a refers to a portion of the coil 13 that protrudes outward from the stator core 10, and particularly refers to a portion that generates heat when energized. Therefore, the portion on the opposite side not surrounded by the dotted line in FIG. 2 is also referred to as a coil end portion.

次に、回転電機1の動作について説明する。
図1に示すように、各コイル13にU相、V相、W相の交流電流を適宜流すか、あるいは、外力(例えば、風車による回転トルク)を回転子20に加えることによって回転子20を回転させると、この回転子20の回転とともにラジアルファン22も回転することとなる。そして、このようにラジアルファン22が回転すると、このラジアルファン22から径方向外側へ風が送り出され、図2に示すように、ラジアルファン22の近傍にあるコイルエンド部13aが冷却されることとなる。
Next, the operation of the rotating electrical machine 1 will be described.
As shown in FIG. 1, each of the coils 13 is supplied with a U-phase, V-phase, and W-phase AC current as appropriate, or an external force (for example, rotational torque generated by a windmill) is applied to the rotor 20. When rotating, the radial fan 22 also rotates with the rotation of the rotor 20. When the radial fan 22 rotates in this way, wind is sent out radially outward from the radial fan 22, and the coil end portion 13a in the vicinity of the radial fan 22 is cooled as shown in FIG. Become.

以上によれば、第1の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
回転子20と一緒に回転するラジアルファン22によってコイルエンド部13aが効率良く冷却されるので、回転電機1の体格を小さくすることで、その発熱密度が高くなった場合であっても、別途冷却装置を設けることなく回転電機1を冷却することができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the first embodiment.
Since the coil end portion 13a is efficiently cooled by the radial fan 22 that rotates together with the rotor 20, even if the heat generation density is increased by reducing the size of the rotating electrical machine 1, it is separately cooled. The rotating electrical machine 1 can be cooled without providing a device.

二つの固定子鉄心10の位相角αを、電気角で30°となるように設置したので、コギングトルクの影響を完全に無くすことができる。   Since the phase angle α of the two stator cores 10 is set to be 30 ° in electrical angle, the influence of cogging torque can be completely eliminated.

〔第2の実施形態〕
以下に、本発明の第2の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態の回転電機1の一部を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図5は、第2の実施形態に係る回転電機を示す側面図である。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention will be described below. Since this embodiment is obtained by changing a part of the rotating electrical machine 1 of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 5 is a side view showing a rotating electrical machine according to the second embodiment.

図5に示すように、回転電機2は、三つの固定子鉄心40,10,40と、これらの固定子鉄心40,10,40内を通る回転子50とで主に構成されている。ここで、真中に配設される固定子鉄心10は、第1の実施形態と略同様の構造となっている。   As shown in FIG. 5, the rotary electric machine 2 is mainly composed of three stator cores 40, 10, 40 and a rotor 50 that passes through the stator cores 40, 10, 40. Here, the stator core 10 disposed in the middle has a structure substantially similar to that of the first embodiment.

二つの固定子鉄心40は、それぞれ真中の固定子鉄心10に対して、所定の位相差(前記した位相角α)だけ同方向にずらされて配設されている。また、二つの固定子鉄心40は、その積層厚(固定子鉄心40の中心軸方向における長さ)tが真中にある固定子鉄心10の積層厚2tの半分となるように、形成されている。すなわち、外側にある二つの固定子鉄心40の積層厚tを足した厚さが、真中の固定子鉄心10の積層厚2tとなっている。   The two stator cores 40 are arranged so as to be shifted in the same direction by a predetermined phase difference (the aforementioned phase angle α) with respect to the middle stator core 10. Further, the two stator cores 40 are formed such that the stack thickness (the length in the central axis direction of the stator core 40) t is half of the stack thickness 2t of the stator core 10 in the middle. . That is, the thickness obtained by adding the laminated thickness t of the two stator cores 40 on the outer side is the laminated thickness 2t of the middle stator core 10.

回転子50は、第1の実施形態と略同様の構造となる三つの磁石部21と、各磁石部21の間に配設される二つのラジアルファン22とで主に構成されている。そして、各ラジアルファン22は、その両側に位置する二つの固定子鉄心40,10に巻回されたコイル13のコイルエンド部13aを冷却することが可能となるように、側面視において各コイルエンド部13aと重なるように配設されている。   The rotor 50 is mainly configured by three magnet portions 21 having a structure substantially similar to that of the first embodiment, and two radial fans 22 disposed between the magnet portions 21. Each radial fan 22 has a coil end portion in side view so that the coil end portion 13a of the coil 13 wound around the two stator cores 40, 10 located on both sides of the radial fan 22 can be cooled. It arrange | positions so that the part 13a may overlap.

なお、回転子50には、外側の二つの固定子鉄心40が真中の固定子鉄心10に対して所定の位相差でずらされていることに起因して、所定のスラスト力が軸方向に沿って加えられている。具体的に、このスラスト力は、外側の各固定子鉄心40によって、真中の固定子鉄心10側の方向へ加えられるとともに、真中の固定子鉄心10によって、それぞれ外側の方向へ加えられている。また、このスラスト力は、各固定子鉄心40,10の積層厚と比例の関係にある。   Note that a predetermined thrust force is applied to the rotor 50 along the axial direction because the two outer stator cores 40 are shifted by a predetermined phase difference with respect to the middle stator core 10. Has been added. Specifically, this thrust force is applied by the outer stator cores 40 in the direction toward the middle stator core 10, and is applied in the outer directions by the middle stator core 10. Further, this thrust force is proportional to the laminated thickness of the stator cores 40 and 10.

そのため、図示左側の固定子鉄心40からは、その積層厚tに比例したスラスト力が右方向へ働き、真中の固定子鉄心10からは、その積層厚2tのうちの半分である積層厚tに比例したスラスト力が左方向に働くことで、これらのスラスト力は打ち消されるようになっている。また、同様に、真中の固定子鉄心10からは、その積層厚2tのうちの残りの半分である積層厚tに比例したスラスト力が右方向に働き、図示右側の固定子鉄心40からは、その積層厚tに比例したスラスト力が左方向に働くことで、これらのスラスト力は打ち消されるようになっている。   Therefore, from the stator core 40 on the left side of the figure, a thrust force proportional to the laminate thickness t works in the right direction, and from the middle stator core 10 to a laminate thickness t that is half of the laminate thickness 2t. Proportional thrust forces work in the left direction so that these thrust forces are countered. Similarly, from the stator core 10 in the middle, a thrust force proportional to the laminate thickness t, which is the other half of the laminate thickness 2t, works in the right direction, and from the stator core 40 on the right side of the figure, A thrust force proportional to the stacking thickness t works in the left direction, so that these thrust forces are canceled out.

以上によれば、第2の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
三つの固定子鉄心40,10,40の間に二つのラジアルファン22を設けたので、各固定子鉄心40,10のコイルエンド部13aを良好に冷却することができる。特に、内側に位置する固定子鉄心10については、両側のコイルエンド部13aが二つのラジアルファン22で冷却されることになるので、より効率良くコイル13を冷却することができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the second embodiment.
Since the two radial fans 22 are provided between the three stator cores 40, 10, 40, the coil end portions 13 a of the stator cores 40, 10 can be cooled well. In particular, with respect to the stator core 10 positioned on the inner side, the coil end portions 13a on both sides are cooled by the two radial fans 22, so that the coil 13 can be cooled more efficiently.

真中にある固定子鉄心10の積層厚を、外側にある二つの固定子鉄心40の積層厚tを足した厚さ2tとしたので、各固定子鉄心40から発生するスラスト力を打ち消すことができる。   Since the thickness of the stator core 10 in the middle is 2t, which is the sum of the thickness t of the two stator cores 40 on the outside, the thrust force generated from each stator core 40 can be canceled out. .

〔第3の実施形態〕
以下に、本発明の第3の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態の回転電機1の一部を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図6は、第3の実施形態に係る回転電機を示す側面図である。
[Third Embodiment]
The third embodiment of the present invention will be described below. Since this embodiment is obtained by changing a part of the rotating electrical machine 1 of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 6 is a side view showing a rotating electrical machine according to the third embodiment.

図6に示すように、回転電機3は、四つの固定子鉄心10と、これらの固定子鉄心10内を通る回転子60とで主に構成されている。   As shown in FIG. 6, the rotating electrical machine 3 is mainly composed of four stator cores 10 and a rotor 60 that passes through the stator cores 10.

固定子鉄心10は、第1の実施形態と略同様の構造となっている。そして、四つあるうちの外側の二つの固定子鉄心10は、真中の二つの固定子鉄心10に対して所定の位相差(前記した位相角α)だけ同方向にずらされて配設されている。ちなみに、真中の二つの固定子鉄心10同士は同じ位相となっており、外側の二つの固定子鉄心10同士も同じ位相となっている。   The stator core 10 has substantially the same structure as that of the first embodiment. The two outer stator cores 10 out of the four are disposed so as to be shifted in the same direction by a predetermined phase difference (the aforementioned phase angle α) with respect to the middle two stator cores 10. Yes. Incidentally, the two stator cores 10 in the middle have the same phase, and the two outer stator cores 10 have the same phase.

回転子60は、第1の実施形態と略同様の構造となる四つの磁石部21と、各磁石部21の間に配設される三つのラジアルファン22とで主に構成されている。そして、各ラジアルファン22は、その両側に位置する二つの固定子鉄心10に巻回されたコイル13のコイルエンド部13aを冷却することが可能となるように、側面視において各コイルエンド部13aと重なるように配設されている。   The rotor 60 is mainly configured by four magnet portions 21 having substantially the same structure as that of the first embodiment, and three radial fans 22 disposed between the magnet portions 21. Each radial fan 22 has a coil end portion 13a in a side view so that the coil end portions 13a of the coil 13 wound around the two stator cores 10 located on both sides of the radial fan 22 can be cooled. Are arranged so as to overlap.

なお、回転子60には、前記と同様に所定のスラスト力が軸方向に加えられているが、外側に位置する二つの固定子鉄心10から内方へ向かって加えられるスラスト力は、これらの固定子鉄心10と同じ厚さである内側の二つの固定子鉄心10から外方へ向かって加えられるスラスト力によって打ち消されるようになっている。   A predetermined thrust force is applied to the rotor 60 in the axial direction in the same manner as described above, but the thrust force applied inwardly from the two stator cores 10 positioned on the outer side is the same. The thrust is applied by the thrust force applied outward from the two inner stator cores 10 having the same thickness as the stator core 10.

以上によれば、第3の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
四つの固定子鉄心10の間に三つのラジアルファン22を設けたので、各固定子鉄心10のコイルエンド部13aを良好に冷却することができる。特に、内側に位置する固定子鉄心10については、両側のコイルエンド部13aが二つのラジアルファン22で冷却されることになるので、より効率良くコイル13を冷却することができる。
According to the above, the following effects can be obtained in the third embodiment.
Since the three radial fans 22 are provided between the four stator cores 10, the coil end portions 13 a of the stator cores 10 can be cooled well. In particular, with respect to the stator core 10 positioned on the inner side, the coil end portions 13a on both sides are cooled by the two radial fans 22, so that the coil 13 can be cooled more efficiently.

以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、各固定子鉄心10,40の間にラジアルファン22を設ける構造としたが、本発明はこれに限定されず、ラジアルファン22はどこに設けてもよい。例えば、第1の実施形態における回転子20の両端に、ラジアルファン22を側面視においてコイルエンド部(点線で囲っていない方)と重なるように設けてもよい。これによれば、各固定子鉄心10の両側に突出するコイルエンド部13aがともに冷却されるので、効率良くコイルを冷却することができる。
As mentioned above, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.
In the present embodiment, the radial fan 22 is provided between the stator cores 10 and 40. However, the present invention is not limited to this, and the radial fan 22 may be provided anywhere. For example, the radial fan 22 may be provided at both ends of the rotor 20 in the first embodiment so as to overlap the coil end portion (one not surrounded by a dotted line) in a side view. According to this, since both the coil end portions 13a protruding on both sides of each stator core 10 are cooled, the coils can be efficiently cooled.

本実施形態では、回転子20,50,60を永久磁石式の回転子としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、回転子として、複数のティースと、各ティースに集中巻きされるコイルとを備えた巻線界磁回転子を採用してもよい。   In the present embodiment, the rotors 20, 50, 60 are permanent magnet rotors, but the present invention is not limited to this. For example, a winding field rotor including a plurality of teeth and a coil concentratedly wound on each tooth may be employed as the rotor.

なお、本実施形態に係る回転電機1〜3は、電動モータとして使用してもよいし、また、発電機として使用してもよい。以下に、第1の実施形態に係る回転電機1を風力発電システムにおいて発電機として利用した例を示す。   In addition, the rotary electric machines 1-3 which concern on this embodiment may be used as an electric motor, and may be used as a generator. Below, the example which utilized the rotary electric machine 1 which concerns on 1st Embodiment as a generator in a wind power generation system is shown.

図7に示すように、風力発電システム70は、風の力を受けて回転する風車71と、この風車71の回転を増速させて回転電機1へと伝達させる増速ギヤ72と、第1の実施形態と同様の回転電機1と、増速ギヤ72および回転電機1を収容するための風車ナセル73と、回転電機1で発電した電力を所定の電力に変換する電力変換器74と、この電力変換器74に接続される電力系統75とで主に構成されている。この構造によれば、風の力を受けて風車71が回転すると、その回転トルクが増速ギヤ72を介して回転電機1に伝達され、回転電機1によって発電が行われることとなる。そして、この発電の際において、図1に示すコイル13が通電して発熱したとしても、風車71の回転に伴って回転するラジアルファン22によってコイルエンド部13a(図2参照)が冷却されることとなる。   As shown in FIG. 7, the wind power generation system 70 includes a windmill 71 that rotates by receiving the force of wind, a speed increasing gear 72 that accelerates the rotation of the windmill 71 and transmits the speed to the rotating electrical machine 1, and the first The same rotating electrical machine 1 as that of the embodiment, a wind turbine nacelle 73 for housing the speed increasing gear 72 and the rotating electrical machine 1, a power converter 74 for converting the power generated by the rotating electrical machine 1 into predetermined power, and this It is mainly composed of a power system 75 connected to the power converter 74. According to this structure, when the wind turbine 71 rotates by receiving wind force, the rotational torque is transmitted to the rotating electrical machine 1 via the speed increasing gear 72, and the rotating electrical machine 1 generates power. In this power generation, even if the coil 13 shown in FIG. 1 is energized and generates heat, the coil end portion 13a (see FIG. 2) is cooled by the radial fan 22 that rotates as the windmill 71 rotates. It becomes.

なお、風車71と回転電機1の間に増速ギヤ72を必ずしも設ける必要はなく、風車71と回転電機1を直接接続してもよい。また、風車71の代わりに、水力発電に用いられる水車、火力発電や原子力発電に用いられるタービン、または、自動車での発電に用いられるエンジンなどを設けてもよい。ただし、回転電機の設置場所の制限が厳しい風力発電において本発明に係る回転電機1を使用するのが最も効果的である。   The speed increasing gear 72 is not necessarily provided between the windmill 71 and the rotating electrical machine 1, and the windmill 71 and the rotating electrical machine 1 may be directly connected. Instead of the wind turbine 71, a turbine used for hydroelectric power generation, a turbine used for thermal power generation or nuclear power generation, or an engine used for power generation in an automobile may be provided. However, it is most effective to use the rotating electrical machine 1 according to the present invention in wind power generation in which the installation location of the rotating electrical machine is severely limited.

第1の実施形態に係る回転電機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rotary electric machine which concerns on 1st Embodiment. 回転電機を側方から見た状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which looked at the rotary electric machine from the side. 回転電機を正面から見た状態を示す正面図である。It is a front view which shows the state which looked at the rotary electric machine from the front. 横軸に電気角、縦軸にコギングトルクを表わすグラフである。It is a graph in which the horizontal axis represents the electrical angle and the vertical axis represents the cogging torque. 第2の実施形態に係る回転電機を示す側面図である。It is a side view which shows the rotary electric machine which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る回転電機を示す側面図である。It is a side view which shows the rotary electric machine which concerns on 3rd Embodiment. 第1の実施形態に係る回転電機を発電機として利用した風力発電システムを示す図である。It is a figure which shows the wind power generation system using the rotary electric machine which concerns on 1st Embodiment as a generator.

符号の説明Explanation of symbols

1〜3 回転電機
10,40 固定子鉄心
10A 第一固定子
10B 第二固定子
11 ヨーク部
12 ティース部
13 コイル
13a コイルエンド部
20,50,60 回転子
21 磁石部
22 ラジアルファン
70 風力発電システム
71 風車
72 増速ギヤ
73 風車ナセル
74 電力変換器
75 電力系統
1 to 3 Rotating electric machines 10, 40 Stator core 10A First stator 10B Second stator 11 Yoke part 12 Teeth part 13 Coil 13a Coil end part 20, 50, 60 Rotor 21 Magnet part 22 Radial fan 70 Wind power generation system 71 windmill 72 speed increasing gear 73 windmill nacelle 74 power converter 75 power system

Claims (9)

環状のヨーク部から内側へ突出するように複数形成されるティース部にコイルを集中巻きした固定子鉄心を複数備えるとともに、
前記複数の固定子鉄心内を通るように配置され、かつ、前記ティース部から発生する磁界によって前記固定子鉄心に対して回転する回転子を備えた回転電機であって、
前記回転子に、前記コイルのコイルエンド部を冷却するためのファンを設けたことを特徴とする回転電機。
While including a plurality of stator cores in which coils are concentratedly wound on teeth portions that are formed so as to protrude inward from the annular yoke portion,
A rotating electrical machine including a rotor that is disposed so as to pass through the plurality of stator cores and that rotates with respect to the stator core by a magnetic field generated from the teeth portion,
A rotating electrical machine, wherein the rotor is provided with a fan for cooling a coil end portion of the coil.
前記固定子鉄心を二つ備えた請求項1に記載の回転電機であって、
一方の前記固定子鉄心に対して、他方の前記固定子鉄心を所定の位相差だけずらして配設したことを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to claim 1, comprising two stator cores,
A rotating electrical machine, wherein one stator core is shifted from the other stator core by a predetermined phase difference.
前記固定子鉄心を三つ備えた請求項1に記載の回転電機であって、
真中に配設した前記固定子鉄心に対して、外側の二つの前記固定子鉄心を所定の位相差だけずらして配設したことを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to claim 1, comprising three stator cores,
2. A rotating electrical machine, wherein the two outer stator cores are shifted by a predetermined phase difference with respect to the stator core disposed in the middle.
請求項3に記載の回転電機であって、
前記真中の固定子鉄心の積層厚を、外側に配設される二つの固定子鉄心の積層厚を足した厚さにしたことを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to claim 3,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the thickness of the middle stator core is the sum of the thicknesses of the two stator cores disposed outside.
前記固定子鉄心を四つ備えた請求項1に記載の回転電機であって、
真中の二つの前記固定子鉄心に対して、外側の二つの前記固定子鉄心を所定の位相差だけずらして配設したことを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to claim 1, comprising four stator iron cores,
2. A rotating electrical machine characterized in that two outer stator cores are arranged so as to be shifted by a predetermined phase difference with respect to two middle stator cores.
請求項2〜請求項5のうちのいずれか1項に記載の回転電機であって、
前記位相差は、電気角で30度となることを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to any one of claims 2 to 5,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the phase difference is 30 degrees in electrical angle.
請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載の回転電機であって、
前記回転子は、永久磁石を備えた永久磁石回転子であることを特徴とする回転電機。
It is a rotary electric machine of any one of Claims 1-5,
The rotating electric machine is a permanent magnet rotor including a permanent magnet.
請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載の回転電機であって、
前記回転子は、複数のティースと、各ティースに集中巻きされるコイルとを備えた巻線界磁回転子であることを特徴とする回転電機。
It is a rotary electric machine of any one of Claims 1-5,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the rotor is a wound field rotor including a plurality of teeth and a coil concentratedly wound on each tooth.
請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載の回転電機を備えたことを特徴とする風力発電システム。   A wind power generation system comprising the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5.
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